錢光明++李楓

摘要：用STM32單片機(jī)+WIFI模塊+攝像頭可以組成一個(gè)簡單、便宜且低功耗的現(xiàn)場裝置，用于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。該文基于GainSpan公司推出的低功耗WIFI模塊GS1011M，主要研究傳送圖片數(shù)據(jù)時(shí)頗為值得注意的格式問題，如果處理不好，易出現(xiàn)接收圖片時(shí)好時(shí)壞或嚴(yán)重失真等現(xiàn)象。文章總結(jié)了GS1011M的幾種主要數(shù)傳方式，研究了圖片傳送時(shí)的相關(guān)細(xì)節(jié)，提出了一種透明傳輸方案。

關(guān)鍵詞：WIFI模塊；S格式；Y格式；透明傳輸

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）11-0049-02

在當(dāng)今的無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，WIFI為越來越多的人所熟悉。人們在感嘆WIFI技術(shù)帶來方便的同時(shí)，也在不斷地挖掘著它的潛力，如何將該技術(shù)用于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控就是近年來許多人關(guān)心的問題，而低功耗網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控更是有著特別的吸引力。GS1011M是GainSpan公司推出的WIFI模塊，該模塊給用戶提供UART或SPI接口，用戶通過簡單的AT指令即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸[1]。尤其要指出的是：GS1011M模塊有著優(yōu)良的低功耗性能，其待機(jī)電流典型值只有7μA，是低功耗WIFI應(yīng)用的不錯(cuò)選擇。如果將GS1011M用于簡單的傳感器數(shù)據(jù)傳送（如溫度、位置等測量），有些文獻(xiàn)可供參考[2]。而本文要研究的是用GS1011M通過WIFI進(jìn)行圖像傳送這一問題。

1 簡單的圖片傳送裝置

圖1是用GS1011M組成的、簡單的圖像傳送裝置。攝像頭模塊通過SCCB接口接受STM32單片機(jī)發(fā)來的命令，由該模塊采集并處理后的圖像數(shù)據(jù)通過8位并行數(shù)據(jù)線傳向STM32單片機(jī)，再由單片機(jī)的UART接口送往WIFI模塊，傳向網(wǎng)絡(luò)。實(shí)驗(yàn)用攝像頭采用OV2640，它與STM32單片機(jī)還有一些其它的連接，如系統(tǒng)時(shí)鐘輸入XVCLK、場同步輸出VSYNC等等。

圖1 簡單的圖像傳送裝置。

2 GS1011M的圖像數(shù)據(jù)傳送方式

“數(shù)據(jù)處理”（Data Processing）方式和“自動(dòng)連接”（Auto Connection Operation）方式是GS1011M的兩個(gè)主要數(shù)據(jù)傳輸方式。自然可用于圖像數(shù)據(jù)傳送。

2.1 “數(shù)據(jù)處理”方式

采用“數(shù)據(jù)處理”方式，可以比較好地把握整個(gè)數(shù)據(jù)的傳遞過程，尤其是在調(diào)試過程中。而該方式的具體實(shí)施又有兩類主要格式：

先看第一種格式。數(shù)據(jù)包的開頭和結(jié)尾均出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)ASCII碼是“0x1b”。例如，“S0AE”表示通過0號(hào)連接發(fā)出字母A，S后的0表示連接號(hào)。該格式的細(xì)節(jié)還可有一些變化[3]。為敘述方便，以下將這一傳輸格式稱為S格式；

如果采用S格式，“0x1b”（在串口精靈上顯示為短左箭頭）將不會(huì)被GS1011傳遞，數(shù)據(jù)中若包含該特殊字符，應(yīng)心中有數(shù)，這時(shí)必須采用透明傳輸?shù)霓k法。這類似于網(wǎng)絡(luò)教材中面向字節(jié)的透明傳輸原理。例如，圖2是一個(gè)用OV2640得到的JPG彩條圖片文件的部分?jǐn)?shù)據(jù)，其中就包含“0x1b”。如果采用S格式直接對(duì)圖2所示文件傳輸，因?yàn)閬G失“0x1b”，彩條圖片傳出后顯示的結(jié)果如圖3所示，顯然已經(jīng)嚴(yán)重失真。

圖2 一個(gè)彩條JPG圖片的部分?jǐn)?shù)據(jù)

圖3 丟失0x1b后的彩條圖片。320*240分辨率

如何使“0x1b”用S格式傳出去？實(shí)驗(yàn)中，我們在發(fā)送端采用一串特殊字符“0x22 0x33 0x44”來代替“0x1b”，在接收端再將“0x22 0x33 0x44”換成“0x1b”。圖片數(shù)據(jù)中一些地方會(huì)不會(huì)本身就含有“0x22 0x33 0x44”呢？如果有，我們的處理辦法是：在發(fā)送端只要出現(xiàn)“0x22 0x33”，就馬上插入一個(gè)“0x00”；在接收端只要出現(xiàn)“0x22 0x33”，就將緊隨其后的“0x00”去掉。如此便實(shí)現(xiàn)了透明傳輸。為什么選擇“0x22 0x33 0x44”而不采用“0xFF”之類的字符呢？因?yàn)椤?xff”在JPG文件中作為標(biāo)志性的字符肯定要出現(xiàn)，我們再選它來代替“0x1b”顯然不合適。實(shí)際上，在原始圖片數(shù)據(jù)中，出現(xiàn)“0x22 0x33”的概率很低，我們的實(shí)驗(yàn)中從未出現(xiàn)過。

再看第二種格式。數(shù)據(jù)包以開頭，接下來要給出“對(duì)方的IP地址”、“端口號(hào)”及“需要發(fā)送的字節(jié)數(shù)”等信息，然后按該字節(jié)數(shù)發(fā)出數(shù)據(jù)內(nèi)容即可，無需以結(jié)尾。例如，“Y0192.168.1.100：8080：0010”表示通過0號(hào)連接，向“192.168.1.100”的8080號(hào)端口發(fā)出10（十進(jìn)制）個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容要緊隨其后。該格式的細(xì)節(jié)也還可有一些變化[1]。為敘述方便，以下將這一傳輸格式稱為Y格式。Y格式本質(zhì)上顯然是一種字節(jié)計(jì)數(shù)方法。內(nèi)容中可以包含任何十六進(jìn)制數(shù)，包括“0x1b”，任何數(shù)都會(huì)被傳遞，不要作特殊處理。發(fā)送端和接收端都無需進(jìn)行透明傳輸?shù)木幊?。但是，采用Y格式時(shí)，一次可發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)通常限制為1400或1500。如果一個(gè)圖片數(shù)據(jù)超過這一最大數(shù)，將要分多次打包傳輸。例如，實(shí)驗(yàn)中我們傳輸10K大小的圖片時(shí)，每次發(fā)送1024個(gè)字節(jié)，分10次完成。

2.2 “自動(dòng)連接”方式

有別于“數(shù)據(jù)處理”方式，GS1011M模塊進(jìn)入“自動(dòng)連接”方式后，起到的完全是一個(gè)透明傳遞的橋梁（pass-through）作用。該方式中，GS1011M不再接收AT命令，也不會(huì)把當(dāng)作一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_頭和結(jié)尾。只要預(yù)先作好綁定和設(shè)置，該模塊就像一根電纜（cable replacement），要它傳什么它就傳什么，也不向圖1中的STM32單片機(jī)反饋狀態(tài)信息。

但是，如果數(shù)據(jù)傳輸時(shí)連續(xù)出現(xiàn)3個(gè)“+”，然后停頓1秒鐘（不傳遞任何字符），GS1011M模塊將退出“自動(dòng)連接”方式。符號(hào)“+”對(duì)應(yīng)的十六進(jìn)制是“0x2b”。圖像數(shù)據(jù)中有沒有可能連續(xù)出現(xiàn)3個(gè)“0x2b”呢？有。圖4是用OV2640采集的一個(gè)YUV422文件的片段，其中包含了連續(xù)4個(gè)“0x2b”的情況。那么，有沒有可能在連續(xù)3個(gè)以上的“0x2b”后，出現(xiàn)1秒鐘的數(shù)據(jù)傳輸停頓呢？雖然概率低，但不是沒有可能，這一點(diǎn)應(yīng)該引起設(shè)計(jì)者的注意。一旦出現(xiàn)，不管預(yù)定的數(shù)據(jù)是否傳輸完畢，GS1011M就不再是要它傳什么就會(huì)傳什么的狀態(tài)了。

圖4 包含了連續(xù)4個(gè)“+”的一個(gè)YUV422文件部分?jǐn)?shù)據(jù)

3 結(jié)束語

通過以上分析可知：利用“數(shù)據(jù)處理”方式中的S格式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，需要注意特殊數(shù)據(jù)“0x1b”；采用“自動(dòng)連接”方式時(shí)，則需要注意特殊數(shù)據(jù)串“0x2b 0x2b 0x2b”再加1秒鐘的停頓。因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)格式多，內(nèi)容豐富，每一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)可能是從“0x00”到“0xff”中的任何一個(gè)，因此，碰到這些特殊數(shù)據(jù)是可能的。而如果采用“數(shù)據(jù)處理”方式中的Y格式的話，就可以免去這種特殊數(shù)據(jù)帶來的煩惱。只不過要注意用Y格式時(shí)，每次可以傳遞的字節(jié)數(shù)是有限制的。

參考文獻(xiàn)：

[1] Gain Span. GS1011M_Datasheet_rev_1_6. 2013.

[2] 張耀，丁恩杰，史巖巖，等.礦山人員狀態(tài)感知節(jié)點(diǎn)的研究與設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測量與控制， 2012，20（12）： 3302-3305.

[3] GainSpan. Serial_to_WiFi_Adapter_Guide_ver_5_14. 2012.